UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA

DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA APLICADA

INF01154 - Redes de Computadores N

Nível Físico –Transmissão Banda Base

1 Objetivos

Entender a transmissão física em redes de computadores através da análise numa interface serial (abstraindo para diversos outros tipos de meios físicos e seus protocolos). Observar características da interface V.24/V.28 e buscar entender a importância de estabelecer padrões / protocolos.

2 Protocolos de transmissão física

Em termos físicos, o sinal é transmitido de um ponto ao outro, e necessita ter bem especificados seus parâmetros elétricos, mecânicos e funcionais, de forma que um bit seja transmitido e recebido corretamente.

Um protocolo de nível físico bastante simples é o NRZ (Non Return to Zero), onde existem dois níveis de tensão (um para “zero” e um para “um”). Ver exemplo na Fig 1. http://pt.wikibooks.org/wiki/Introdu%C3%A7%C3%A3o_%C3%A0_comunica%C3%A7%C3%A3o_entre_computadores_e_tecnologias_de_rede/Como_representar_dados_em_sinais_digitais

Fig. 1 – Codificação NRZ

O problema inerente a esse código é o dessincronismo de relógio entre transmissor e receptor para sequências grandes de zeros “0000000000...” ou uns “111111111...”. Isso acontece pois ambos trabalham com relógio de quartzo, com imprecisão de algumas partes por milhão. Em altas taxas isso é bastante.

Um código que resolve o problema sem necessitar clock externo é a codificação Manchester (Fig. 2) e seus derivados. Segue o exemplo. Note que a cada bit o receptor se ressincroniza.

Prática intermediária: Calcule o tempo de bit na rede do laboratório.

2

Fig. 2 – Codificação Manchester

Existem diversos outros exemplos, como AMI (Alternate Mark Inversion), HDB3 (High Density Bipolar 3). Numa rede Fast Ethernet com meio físico de par trançado, o sincronismo é feito através do código MLT-3 (Multi-Level Transmit) associado com o 4B-5B para eliminar sequências de zeros. Com fibra ótica já se usa em alguns casos o 8B-10B com NRZi.

Fig. 3 – Codificação MLT-3

3 A Interface Serial V.24/V.28 do ITU-T ou RS 232 da EIA

A interface V.24/V.28 do ITU-T define funcionalmente (recomendação V.24) e eletricamente (recomendação V.28) os diversos sinais entre dois pontos. Apesar de possuir ao todo 25 pinos, cada qual com sua função específica, a comunicação é serial, pois existe apenas uma linha para transmissão de dados, e uma para recepção de dados.

As características físicas do conector também são objeto de especificação da recomendação V.28. Foi definido para a interface um conector de 25 pinos. No lado do ETD (Equipamento Terminal de Dados, com o computador) este conector deve ser do tipo macho, enquanto no lado do ECD (Equipamento de Comunicação de Dados, como o Modem) deverá ser do tipo fêmea conforme mostra a Figura 4. Atualmente também é aceita a implementação simplificada da interface RS 232 segundo um conector trapezoidal de 9 pinos.

Fig. 4 – Especificação do conector DB25

Em termos elétricos, os NÍVEIS DE TENSÃO dessa interface são +3V a +25V para representar o "0" lógico, e

-3V a -25V para representar o "1" lógico.

Prática intermediária: Desenhe a transmissão dos bits “10111000” utilizando codificação NRZ e os níveis

de tensão do V.24 (adequados para o laboratório). Taxa de transmissão = 9600bit/s

3

Na Figura 5 apresenta-se, como exemplo, a topologia de um sistema de comunicação para transmitir dados através da rede telefônica. A fonte de dados (Micro 1) e o receptor de dados (Micro 2) são designados genericamente como ETD (Equipamento Terminal de Dados). O Equipamento de Comunicação de Dados ou ECD (ex: modem) possibilita a conexão à rede telefônica. A interação entre ETD e ECD é feita através da interface V.24/V.28 do ITU-T.

ECD ETD

Micro 2Micro 1

ETD: Equipamento Terminal de Dados

ECD: Equipamento de Comunicação de Dados

Linha deAssinante

Interface Interface

Digital Analógica

ModemModem

Rede Telefônica

Comutada

ETD ECD

3Central

Telefônica

1

2

Fig. 5 - Ligação ponto-a-ponto entre dois computadores via rede telefônica

3.1 Visão funcional da Interface

A Figura 6 mostra a sequência de sinalização na interface V.24 de forma funcional, de acordo com a função dos seus pinos.

DTR

TAMA

TBMB

20 20 20 20DTR

DSR6 6 6 6

DSR

RTS4 4

5 5

Tp

CTS

8 8DCD

TX2 2 3 3

RX

TX2 2 3 3

RX

CTS OFF e tira portadora

RTS OFF

DCD OFF Fig. 6 – Visão funcional da interface V.24.

4

3.2 Tipos de Sinais da Interface

A seguir serão analisados os principais pinos para dar uma noção mais genérica da interface:

TX: pino 2 - é a linha utilizada para transmissão de dados;

RX: pino 3 - é a linha utilizada para recepção dos dados;

GND: pino 7 - é o terra lógico do conector. Todos os níveis de tensão utilizam como referência esta linha;

RTS: pino 4 - Request To Send: pedido do DTE para o DCE para transmitir dados. Utilizado quando existe a

necessidade de se efetuar uma transmissão;

CTS: pino 5 - Clear To Send: permissão do DCE para o início da transmissão;

DSR: pino 6 - Data Set Ready: indica que o DCE está pronto e energizado. Após ligar o equipamento, esta linha é

ativada e assim permanece;

DTR: pino 20 - Data Terminal Ready: indica que o DTE está pronto e energizado. Após ligar o equipamento, esta

linha é ativada e assim permanece;

DCD: pino 8 - Data Carrier Detect: indica que o DCE detectou portadora e deve começar a receber dados;

RI: pino 22 - Ring Indicator: indica que está chegando uma ligação telefônica destinada àquele DCE, e se ele

estiver em modo de resposta automática, poderá atender a ligação automaticamente após determinado número de

rings.

Outra forma de ver os principais pinos (associados ao conector) é mostrada na figura a seguir, de http://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS232_standard.html.

Fig. 7 – Pinos do DB25 e sinais associados.

No DB9, a pinagem é a seguinte: http://files.informatec-sp.com/pinagens.html#ydb9db9.

Pinagem serial - RS-232C - conector DB9 Pino Função Abreviação

1 Data Carrier Detect DCD 2 Receive Data RX 3 Transmitted Data TX 4 Data Terminal Ready DTR 5 Signal Ground GND 6 Data Set Ready DSR 7 Request To Send RTS 8 Clear To Send CTS

visão olhando o conector de frente (conforme figura)

Fig. 8 – Pinagem e tipos de sinais do conector DB9.

5 1

9 6

5

3.3 Transmissão de Dados pela Interface V.24/V.28

Na transmissão assíncrona o terminal não fornece a cadência ou o sincronismo dos dados (relógio de transmissão). Neste caso, cada ETD utiliza o seu próprio relógio interno, regulado por técnicas de sincronismo de linha, como visto no início desta aula.

Em transmissão assíncrona V.24, quando queremos transmitir um bloco de dados binários, este é segmentado em conjuntos de oito bits de informação, que podem ser acompanhados ou não de um bit de paridade. A eles são acrescentados um cabeçalho, constituído de um bit de início (start bit), e um finalizador, constituído de um ou dois bits de parada (stop bits), formando um conjunto de dez a doze bits (como ilustrado na figura 9).

1 Start

bit

“zero”

2 stop bits

“um”

+12

+3

0

-3

-12

Digito binário

“zero”

Digito binário

“um”

Volts

1 Bloco

8 bits de Informação

bit

pari

dade

Fig. 9 - Transmissão assincrona de caracteres ou bytes

O start bit ou cabeçalho é formado por um digito binário zero, pois sinaliza o início do bloco de oito bits de informação. O finalizador, constituído de um a dois dígitos binários em um (também chamados de stop bits), indica o fim dos bits de informação. Os bits de start e stop, além de localizarem temporalmente os oito bits de informação, também têm a função de sincronizar a fase do relógio de recepção local no terminal de recepção.

Modem

Transmissão

Start bit

(zero) Stop bits

(um)

8 bits de Informação

(sem paridade)

t

Modem

Recepcão

Dados XMT Dados REC Linha de Transmissão

1 byte

de

Informação

Fig. 10 - Transmissão assíncrona de um bloco de dados

Fica claro que a transmissão assíncrona, para enviar oito bits de informação, necessita um total de 11 bits, ou

seja, uma eficiência = 8/11 = 0,72 (72%). Na transmissão de caracteres alfanuméricos, o nono bit às vezes ainda é utilizado para implementar um mecanismo de detecção de erros, baseado na paridade dos restantes

oito bits de informação. Neste caso, a eficiência baixa para = 8/12 = 0,66 (66%).

6

4 Atividades

OBS: sempre utilizar unidades que se utilizam na prática. Ex: utilize 3h20min em vez de 12.014,93 segundos.

O arranjo experimental que será utilizado nesta experiência é apresentado na figura a seguir. O sistema de comunicações é constituído por dois computadores interconectados através de um cabo do tipo eliminador de modem ou cross-over, conectado nas portas de comunicação serial (COMn) dos computadores. Para um melhor acesso aos diversos circuitos da interface será utilizado um testador de dados (Data Test) configurado para a função de breakout box. Nesta função, o testador funciona unicamente como um monitor dos diversos sinais da interface V.24/V.28 que estão presentes no cabo cross-over.

CaboDireto

Data Test

Digitel

Micro 2Micro 1

Cabo crossover ou eliminador de modem

Micro 2Micro 1

Cabo crossover ou eliminador de modemBreakout

Box

( a )

( b )

Fig 11. Interligação de dois computadores através de um cabo cross-over entre as portas seriais V.24/V.28 dos computadores: (a) sem

breakout box (b) com breakout box

1. Utilizando o aplicativo Putty (disponível na máquina) ou Hyperterminal (download na página da disciplina),

faça os seguintes itens (OBS: sugere-se utilizar a função de memória do osciloscópio para congelar o

caracter recebido):

a. Obtenha a forma de onda da primeira letra do seu nome com as seguintes configurações: (9600 bit/s, 1

stop, 8 bits de dados, sem paridade).

b. Mostre a foto do osciloscópio. Justifique a forma de onda observada, bit a bit, comparando a parte de

dados com a tabela ASCII (editando a foto do osciloscópio, preferencialmente, identificando start, stop e

paridade).

c. Justifique a duração do caracter, comparando a taxa de transmissão configurada e a largura de cada bit

no osciloscópio.

2. Repita os itens da questão acima, porém utilizando o caractere a segunda letra do seu nome, e a

configuração 19200 bit/s, 2 stop bits, 7 bits de dados, paridade ímpar.

3. Utilize a opção “transferir”+“enviar arquivo de texto” ou “send”+”text file” no aplicativo

HYPERTERMINAL (página da disciplina). Pode-se ainda utilizar o Putty. Usando o Putty, deve-se colocar

os caracteres na memória (CTRL-C) e dar um clique da direita. Efetue a transferência de um arquivo de

texto contendo caracteres da sua escolha, com um mínimo de 4 caracteres. Mostre a foto da forma de

onda gerada, explicando onde está cada caractere e todos sinais de controle. Utilize 9600bit/s, 1 stop, 8 bits

de dados, paridade par. Sugestão: editar a foto para facilitar a interpretação.

SEQUÊNCIA DEFINIDA:_____________________________________________

4. Se o transmissor enviar o caractere "u", HEXA 0x75, com a serial configurada para: mode com1: 96,n,6,1

(9600 bit/s, sem paridade, 6 bits de dados e 1 stop). Qual o caractere em hexa que chegará no receptor?

Fotografe a onda. Explique.